[發明專利]一種水下機器人軌跡上障礙物檢測方法

在審

• 申請號: 202211470480.9
• 申請日: 2022-11-22
• 公開（公告）號: CN115856899A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 李根;黃小華;袁太平;龐國良;陶啟友;胡昱
• 申請（專利權）人: 中國水產科學研究院南海水產研究所;三亞熱帶水產研究院
• 主分類號: G01S15/93
• 分類號: G01S15/93;G01S15/89;G01S15/58
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華;何秋林

本發明公開了一種水下機器人軌跡上障礙物檢測方法，包括：(1)可行軌跡集生成；(2)腳印柵格地圖集生成；(3)概率腳印柵格地圖集生成；(4)概率腳印柵格地圖集保存；(5)傳感器柵格地圖集構建；(6)傳感器數據整合；(7)碰撞檢測。本發明步驟(2)建模了不同形狀機器人按軌跡移動的腳印形狀，使得本發明方法適用于各種形狀的機器人，步驟(3)考慮了機器人在水中移動的不確定性，步驟(5)考慮了傳感器測量的不確定性，另外，本發明步驟(1)?(5)為離線計算步驟，僅步驟(6)?(7)需要消耗在線算力，而且步驟(6)?(7)計算簡單，所以，本發明方法還具有實時性高的特點，可為水下機器人的安全運行提供有力支撐。

技術領域

本發明涉及一種水下機器人軌跡上障礙物檢測方法。

背景技術

水下機器人對于海底勘探，救援，深遠海養殖，海上平臺清污及檢測具有重要的意義。要實現水下機器人安全可靠運行，機器人水下障礙物檢測的能力必不可少。當機器人為人為操作時，水下障礙物檢測能力可以為操作人員提供碰撞概率小的候選軌跡，操作人員只需要在其中選擇一條即可避免碰撞，當機器人為自主運行時，障礙物檢測能力更加重要，其需要實時為機器人提供無碰撞的候選軌跡，以供路徑規劃層選擇安全的路徑。

目前的障礙物檢測方法大多沒有考慮機器人的形狀，或者簡單假設機器人的形狀為方形或圓形。另外，對于水下機器人，其障礙物識別傳感器一般為聲吶，測量不確定性高，同時，由于水流的影響，水下機器人的移動軌跡也具有很大的不確定性，這兩方面是大多數避障方法沒有同時考慮的。

總之，依據目前的水下機器人軌跡上障礙物檢測方法，判斷機器人是否能安全運行，具有較大的不確定性。

發明內容

本發明針對上述問題，提出一種能降低不確定性的水下機器人軌跡上障礙物檢測方法，從而為水下機器人的安全運行提供更有力的支撐。

本發明通過如下技術方案解決其技術問題：一種水下機器人軌跡上障礙物檢測方法，包括如下步驟：

(1)可行軌跡集生成；

(2)腳印柵格地圖集生成

在柵格地圖上標記可行軌跡集中每條軌跡的軌跡腳印，并記錄每個腳印位置的警示級別，為每條軌跡分別構建一張腳印柵格地圖，所述警示級別根據機器人避開對應腳印位置具有的反應時間設定；

(3)概率腳印柵格地圖集生成

在柵格地圖上標記水下機器人沿某條軌跡移動時，實際移動軌跡可能經過的區域，并在每個柵格中保存軌跡經過該柵格的概率，構建軌跡概率柵格地圖M_probTraj(j)，然后根據該軌跡概率柵格地圖M_probTraj(j)生成相應的腳印柵格地圖，稱該地圖為概率腳印柵格地圖M_probfp(j)，并最終獲得概率腳印柵格地圖集；

(4)概率腳印柵格地圖集保存；

(5)傳感器柵格地圖集構建

給定傳感器測量值，確定障礙物的真實位置在傳感器坐標系中可能存在的區域，并由此標記坐標系中各個柵格處可能存在障礙物的概率，稱該地圖為傳感器柵格地圖，對應不同測量值的傳感器柵格地圖的集合，稱為傳感器柵格地圖集；(6)傳感器數據整合